氯离子对硫铁矿生物氧化的影响及所产废水体系生物成矿行为

探究氯离子(Cl~-)对硫铁矿生物氧化的影响有利于揭示酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)形成规律,进一步探索废水体系生物成矿特征对明确生物成矿对AMD产生的调控亦具有积极意义。本文采用摇瓶试验,在探究Cl~-对硫铁矿生物氧化(生物氧化过程不补充微生物所需的液体培养基)影响的基础上,进一步考察了硫铁矿氧化所得酸性废水体系次生铁矿物的合成行为。结果表明:当体系Cl~-浓度为8.2 mmol·L~(-1时,硫铁矿生物氧化速率相对于对照体系(无Cl~-加入)无明显差异;当体系Cl~-浓度为16.5 mmol·L~(-1)时,一定程度上促进了硫铁矿的生物氧化;高浓度(49.4~65.8 mmol·L~(-1)Cl~-对硫铁矿的生物氧化有显著的抑制作用。例如,初始Cl~-浓度为0、8.2、16.5和65.8 mmol·L~(-1)各处理,当硫铁矿生物氧化至68 d时,体系总Fe离子浓度分别为1204.56、1218.09、1431.50及796.48mg·L~(-1)。各处理生物氧化后的硫铁矿表面有明显的微生物侵蚀坑,而其表面却并没有观察到次生铁矿物的合成。各处理体系所得硫铁矿生物氧化后,54.3%~79.5%总Fe离子以Fe~(2+)存在。将各处理体系过滤所得滤液再次培养,体系Fe~(2+)被逐渐氧化完全,且体系有次生铁矿物(黄铁矾类物质)最终产生。可见,Cl~-对硫铁矿生物氧化行为有一定的调控作用,且体系存在的Fe离子脱离硫铁矿体系,伴随着Fe~(2+)被逐渐全部氧化为Fe~(3+),体系有次生铁矿物大量合成。本研究结果可为明晰酸性矿山废水形成及废水中次生铁矿物合成规律提供一定的参数支撑。     

安徽某铁矿不同矿山废水库中微生物群落结构特征

【目的】研究安徽某铁矿不同矿山废水库中微生物群落结构特征及其影响因素。【方法】对比分析了该铁矿3个大型废水库的地球化学特征,并用高通量测序技术研究了水体中微生物群落组成,进而用统计学方法解析了环境因子对微生物群落结构的影响。【结果】3个废水库中有2个为酸性,1个为中性,理化性质有明显的差异。近年形成的塌方采场废水库(TF) pH仅为2.55±0.01,Fe浓度高达154.95±0.78mg/L,SO_4~(2–)浓度为3374.86±3.81mg/L;形成于20世纪70年代的排土场废水库(PT)酸性略弱(pH 2.9±0.02),Fe浓度(34.57±4.00 mg/L)与TF相比明显降低,SO_4~(2–)浓度则高达10398.98±626.70 mg/L;东沙采场废水库(DS)则为中性(pH7.55),但SO_4~(2–)仍高达4162.99mg/L,主要的金属离子为Mg(594.90 mg/L)、Ca (650.10 mg/L)。3个废水库的原核生物多样性随pH的升高而升高。两个酸性废水库的原核生物组成较为接近,但TF的化能自养菌含量较高(69.54%±2.89%),PT的化能异养菌含量较高(64.45%±13.81%)。自养铁氧化菌Ferrovum在TF中的比例高达(64.17±1.84)%,在PT中则下降为(35.39±13.74)%。但PT中含有丰富的化能异养嗜酸菌如Acidicapsa(15.75%±3.99%)、Acidiphilium(10.65%±2.05%)、Acidisphaera (6.34%±1.02%)等。DS中虽然也含有较高的金属离子和SO_4~(2–),但其中的原核生物组成与TF和PT截然不同,主要为Limnohabitans (18.47%)、Rhodobacter (8.42%)等。3个废水库的真核生物群落主要由藻类组成,酸水库TF和PT中主要为棕鞭藻属(Ochromonas)和胶球藻属(Coccomyxa),棕鞭藻属在TF中(53.65%±2.02%)占优势,胶球藻属在PT中(68.84±10.4%)占优势,中性废水库DS中则主要是小环藻属(Cyclotella)(49.85%)。经统计学分析,pH是影响矿山废水微生物多样性和群落组成的主要环境因素。     

SRB-生物硫铁复合材料对废弃煤矿地下水的修复研究

酸性矿山废水（AMD）中含有高浓度的硫酸盐和金属离子，对矿山生态环境造成了严重的危害。硫酸盐还原菌（SRB）可以将SO42-还原为S2-，沉淀金属离子，并生成生物硫铁，其处理效率较高。文章利用农业废弃物秸秆制备SRB的缓释碳源，考察了不同形式的碳源条件下SRB对酸性矿山废水特征污染组分的处理效果，并结合SRB原位生成的生物硫铁包覆颗粒，制备得到SRB-生物硫铁复合材料，通过批量实验和动态柱实验考查SRB-生物硫铁复合材料对高浓度模拟废水和实际矿井水的处理效果。结果显示：在pH为5.5时，将秸秆渣作为游离SRB的碳源是可行的，但与秸秆渣相比，秸秆生物炭的处理效率明显更高，将秸秆生物炭与乳酸钠结合制备的SRB碳源，激活SRB的时间更短，12 h内对SO42-和Fe2+的去除率分别达到了59.25%和79.56%。在此实验范围内，随着生物炭投加量的增大，去除效率逐渐提高，在p H为4.5～6.5的范围内，体系初始p H对SRB反应体系的处理效果影响不大。SRB-碳源与生物硫铁包覆颗粒结合后对高浓度的SO42-和Fe2+模拟废水能保持高效且持久的反应活性。动态柱实验表明SRB-生物炭-生物硫铁...     

硫铁矿酸性矿山废水对大型底栖动物群落结构的影响

2006年11月和2007年1月通过金属和生物指标的量化监测,就酸性矿山废水对大型底栖动物群落结构的影响及高岚河污染现状进行研究。典型对应分析表明：酸性废水对高岚河上游大型底栖动物群落结构影响最大。对高岚河大型底栖动物群落结构和功能摄食类群进行分析,研究硫铁矿酸性矿山废水对河流大型底栖动物群落的影响,结果表明：高岚河自矿源起约16km河段,大型底栖动物群落结构已经遭到严重破坏;多足摇蚊Polypedilum tritum和真凯氏摇蚊Eukiefferiellab rehmi对酸和金属均具有较强的耐受力;捕食者和刮食者对矿山酸性废水带来的污染反应最为敏感。逐步回归分析表明：大型底栖动物生物多样性受Al、Ca、Cd、Fe、Mg、Mn等金属影响最大;密度受Ca、Cr和Mg的影响最大。     

NaCl胁迫对玉米根质膜H^＋分泌和氧化还原系统的影响

玉米(Zea mays L.)根相对伸长速率(RER)、质膜H~ 分泌速率和Fe(CN)_6~(3-)还原速率均随NaCl浓度的增加而下降。随着胁迫时间的延长,H~ 分泌速率又有不同程度恢复,Fe(CN)_6~(3-)还原速率则随胁迫时间的延长而下降。NaCl胁迫时间在12h前,随着NaCl浓度的增加NADH的氧化速率也增加,超过12h明显下降。在同一NaCl浓度下,NADH氧化速率随胁迫时间的延长而下降。统计结果表明,盐胁迫下BER与H~ 分泌速率的相关系数为0.9998。所以,盐胁迫对根伸长生长的抑制可能与质膜H~ -ATPase和氧化还原系统等H~ 分泌过程的抑制有关。     

酸性煤矿排水中硫的迁移转化及其与铁的相互作用——以贵州织金废弃煤矿区为例

硫酸盐是酸性煤矿排水的主要组成部分,高浓度硫酸盐废水排到环境中会产生一系列污染及环境效应。本文选取贵州省织金县珠藏镇酸性煤矿排水相对集中的小流域为对象,采集了水体与沉积物样品,研究硫酸盐在喀斯特地区酸性煤矿排水中的迁移转化过程。结果表明:研究区水体酸化明显,水中溶解态硫主要以SO_4~(2-)形式存在,且SO_4~(2-)随水的迁移过程有明显的衰减,亚稳态硫含量较少;可交换态硫酸盐(ExS)是沉积物中硫的主要存在形态,约占总硫(TS)的65%,还原态硫在这种强氧化环境中含量很少,各还原态硫含量的大小顺序是元素硫(ES)酸可挥发性硫化物(AVS)铬还原态硫化物(CRS);水体中SO_4~(2-)和Fe(Ⅲ)存在明显的正相关关系,SO_4~(2-)与Fe(Ⅲ)相结合共沉淀到沉积物中是SO_4~(2-)衰减的重要原因。     

生物硫铁生成菌的选育及处理重金属效果研究

[目的]分离高产生物硫铁生成菌,初步鉴定并研究其生成限制因素及处理重金属效果。[方法]利用分离驯化出的1株高产生物硫铁复合材料(生物硫铁)的硫酸盐还原菌(srb1),考察硫酸亚铁浓度、有机物浓度以及搅拌速度对其生成生物硫铁的影响。[结果]有机物和Fe SO4·7H2O的浓度是制约生物硫铁生成的关键因素,生物硫铁处理重金属Cr6+、Pb2+、Cd2+、Cu2+效果显著,去除率达90%以上,尤其是处理重金属Cu2+废水最佳,去除率达99%以上。[结论]筛选到生物硫铁生成菌srb1,初步鉴定为梭状芽胞杆菌属Clostridium mesophilum。确定了生物硫铁生成的最佳培养条件为乳酸钠15 m L/L+酵母膏8 g/L+Fe SO4·7H2O 15 g/L。     

葡萄糖对嗜酸氧化亚铁硫杆菌与Acidiphilium acidophilum共培养的影响

【目的】深入了解自养的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)与异养的Acidiphilium acidophilum之间的协同作用, 为嗜酸异养微生物在生物浸出体系和酸性矿坑水(AMD)等极端酸性环境中的生态功能研究提供基础, 并为AMD环境的修复提供参考。【方法】应用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)及特异性引物, 定量At. ferrooxidans与Aph. acidophilum在类似自然状态下的共培养物受葡萄糖抑制时的生物量变化, 同时检测其生长过程中Fe2+氧化和pH值的变化。【结果】无论是否加入葡萄糖, 共培养对Fe2+氧化的效率均较At. ferrooxidans纯培养高。当葡萄糖浓度为5 g/L时, At. ferrooxidans纯培养失去对Fe2+的氧化能力, 而共培养仍能在100 h内将所有的Fe2+氧化完, 且加入葡萄糖越多的培养体系氧化终点的pH值也越高。在不加入葡萄糖的条件下, At. ferrooxidans 与Aph. acidophilum 数量比在100:1的数量级, 表明以这两种菌为代表的自养菌和异养菌在自然条件下生物量的比例。无论纯培养还是共培养的At. ferrooxidans数量均随葡萄糖浓度的提高而减少, 且延滞期则变长; 而异养生长的Aph. acidophilum则相反。【结论】适合进行Fe2+氧化的At. ferrooxidans与Aph. acidophilum的数量比例范围应在100:1的数量级。由于Aph. acidophilum能促进At. ferrooxidans对亚铁的氧化, 并能缓解或消除葡萄糖对At. ferrooxidans的抑制, 所以不能以加入类似于葡萄糖的有机物作为AMD环境生物修复的手段。     

酸性矿山废水对底栖藻类的影响

酸性矿山废水中低的pH和高浓度的重金属对水生态系统影响巨大.依据"参照(Control)-受损(Impaired)-恢复(Recovery)"的设计方法,对高岚河受酸性矿山废水影响的河段、不受影响的河段及恢复河段进行对比分析.结果表明底栖藻类密度、叶绿素a浓度、无灰干重及自养指数等受酸性矿山废水影响明显,且枯水期酸性矿山废水的影响更显著.相关分析表明自养指数与各金属显著正相关而与pH值显著负相关,可以很好地指示矿山酸性废水对底栖藻类的影响.     

叶绿体中电色效应慢上升相的起源,质子释放过程及细胞色素b_6、f的氧化还原反应

P515吸收变化中的慢上升相(P515s),可用Tris,NH_4Cl或尼日利亚菌素,加在低盐浓度的叶绿体中形成。在叶绿体和叶片样品中,不管有无P515s,都有明显的细胞色素b_6和f的氧化还原变化。在有解联剂存在下,中性红染料可测到膜内质醌醇氧化释放质子的过程,释放速度与P515s形成的速度接近。高盐浓度中暗适应的叶绿体,释放H~+的速度比P515s形成的速度快,其中质醌醇释放H~+的速度只有1～2 ms。在接近生理条件下(无外加供受体、抑制剂),P515s的起源与细胞色素b_6、f的氧化还原反应造成的电子跨膜流动无直接联系,而质醌醇释放H~+的过程及随后的侧向扩散,可能是P515s形成的直接起因。     

酸微菌纲(Acidimicrobiia)的研究概况

酸微菌是酸微菌纲(Acidimicrobiia)下所有菌的统称,广泛存在于酸性矿废水和海洋、湖泊、土壤、沙漠等环境,因其难培养、特殊的生理特性而受到特别的关注。酸微菌在酸性、中性和弱碱性环境中均有分布,一部分种属嗜酸、中度嗜热、可进行Fe2+氧化和Fe3+还原反应,具有矿石氧化和合成新型活性物质的能力,在生物浸矿与化学合成有潜在的应用价值;一部分种属存在于中性或弱碱性的土壤、沙漠和水体中,是该类环境中放线菌的优势种类。本文概述了酸微菌纲的建立和发展、酸微菌的系统发育、生物多样性与地理分布、主要生理特性、代谢途径、基因组研究等情况,并对酸微菌的应用前景和未来研究方向进行展望。     

固定化氧化亚铁硫杆菌培养条件对黄铁矾沉淀的影响

以聚乙烯醇-海藻酸钠复合材料为载体,Ca(NO3)2为交联剂对氧化亚铁硫杆菌进行包埋固定化。该固定化细胞的连续培养技术可以用于处理H2S、SO2,为了减少减少固定化细胞培养过程中带来许多不利效应的黄铁矾沉淀 (NH4Fe3(SO4)2(OH)6）,采取了改变初始pH值和目前普遍采用的9K培养基中的(NH4)2SO4浓度,K2HPO4浓度三种方法。结果显示：在三种方法中,降低(NH4)2SO4浓度是比较可行的一种方法,当(NH4)2SO4从3.0 g/L降低到0.5g/L,Fe2+氧化速率几乎没有受到影响,沉淀形成速率却减少了45%。在固定化细胞连续运行时,降低9K培养基中(NH4)2SO4的含量,当稀释率为0.4 h-1,运行时间为96 h,Fe2+氧化速率高达3.75 g/L.H,结果显示反应柱内沉淀明显减少,同时Fe2+氧化速率并没有明显变化。     

安徽某铁矿酸性矿山废水中真核生物的群落结构特征

【目的】研究酸性矿山废水中真核生物的群落结构特征以及群落结构与环境因子之间的关系。【方法】利用分子生物学方法,通过构建18S rRNA基因克隆文库进行系统发育分析;利用典范对应分析(CCA)方法解析环境因子对真核生物群落结构的影响。【结果】系统发育分析表明:子囊菌门(Ascomycota)普遍存在于4个样品中,并在样品1和样品3中占统治地位,而绿藻门(Chlorophyta)和担子菌门(Basidiomycota)分别为样品2和样品4的优势类群。该酸性矿山废水中的克隆与许多已知的耐酸耐重金属真核生物亲缘关系较近,如Sarcinomyces petricola、Penicillium janthinellum、Coniochaeta velutina、Trichoderma viride、Chlorellaprotothecoides var.acidicola、Ochromonas sp.等。此外,样品中还存在大量的已知人类病原菌,如Lecythophorahoffmannii、Cryptococcus neoformans。CCA分析表明:TN、SO24-、Fe2+、Eh是影响真核生物群落空间分布的主要因素。【结论】所研究的酸性矿山废水中真核生物的群落结构在时间和空间上均有较大差异,这可能与水体的理化性质有关;高含量人类致病菌的存在是之前研究所未发现的;酸性环境中真核生物的生态学研究有助于开发高效处理酸性矿山废水的方法。     

白腐真菌SYBC-L2漆酶的分离纯化及其在毛纺染料脱色中的应用

经过硫酸铵分级盐析、DEAE-cellulose离子交换层析、SephacrylTMS-200柱层析,从白腐菌株Phellinus sp. SYBC-L2所产的漆酶中纯化得到电泳纯漆酶Lac3,其纯化倍数为28.27,回收率为14.76%.Lac3为一种糖蛋白,糖含量29.66%,SDS-PAGE表观分子量约为64.3 kD;其催化氧化DMP(2,6-Dimethoxyphenol)的表观Km值和Vmax分别为1.01 mmol/L和186.2 U/mg蛋白.Lac3的最适温度为60℃,最适pH为3.5;在30℃～50℃和pH 4.5～9.0范围内稳定.Cu2+、SO42-、CO32-对Lac3具有一定促进作用,而Fe3+、Fe2+、NO3-则具有抑制作用.色素的最佳脱色条件为(Lac3终浓度为2 U/ml):媒介元PV在温度50 ℃、pH值3.0的条件下反应2 h,脱色率可达95.10%;弱酸蓝在温度40 ℃、pH值4.0的条件下作用3 h,脱色率为75.09%.     

二氧化硫对拟南芥植株干旱生理的调节作用

以模式植物拟南芥为材料,研究SO_2预暴露对植株干旱生理的影响,实验共设对照组、30 mg·m~(-3)SO_2熏气组、干旱组、30 mg·m~(-3)SO_2熏气+干旱组。检测发现:随干旱时间的延长,干旱组拟南芥植株萎蔫程度加剧,叶片相对含水量减少,SO_2+干旱组萎蔫程度低于干旱组,叶片相对含水量较干旱组升高4%~10%(P0.05);干旱组叶片中过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著升高,SO_2+干旱组H_2O_2和MDA含量分别比干旱组降低10%~19%和15%~18%(P0.05);干旱组脯氨酸和可溶性糖含量升高,SO_2+干旱组脯氨酸和可溶性糖含量比干旱组提高15%~30%和6%~31%(P0.05)。基因转录检测发现:拟南芥DREB2A、DREB2B、CBF4及RD29A对干旱应答,SO_2预暴露使干旱响应基因DREB2A、DREB2B及RD29A的相对表达量高于干旱组,其中RD29A上调幅度最高达16%。结果表明:SO_2预暴露能缓解干旱引起的氧化损伤,促进体内渗透调节物质的积累,诱导干旱响应基因上调表达,从而增强植株的干旱适应性。     

秋冬季叶施N、Fe提高假俭草草坪抗寒性研究

在过渡性气候地区的假俭草草坪,宜在最低气温为12℃时(11月中、下旬)叶施Fe,最佳施用浓度为:单施Fe为0.6L/m²,N+Fe为4g/m² N+0.6L/m²Fe。秋冬季叶施Fe、N+Fe可提高草体内抗寒指标性物质的含量,叶施0.6L/m² Fe或4g/m² N+0.6L/m² Fe,可使草坪草体内脯氨酸、可溶性糖类含量及过氧化氢酶的活性分别提高25%、310%、180%和41%、182%、160%。叶施N+Fe处理的效果比单独施Fe的效果更好,施后草坪枯黄期比对照组推迟6~8d,半致死温度降低3~4℃。     

青霉吸附水体重金属铬条件与特性研究

目的:研究青霉(Penicillium lh-1)作为吸附剂去除水体中六价铬的吸附条件与吸附特性.方法:菌种摇瓶培养收获茵体,干燥粉碎分选,添加吸附剂到体积100ml浓度50mg/L六价铬溶液中,对最优吸附温度、pH、共存离子以及铬被吸附形式进行研究.结果:①温度28℃以及酸性环境(pH 3)为最优吸附条件,10 h内,Cr(Ⅵ)的生物吸附去除效率达99%.②铬的生物吸附主要以六价形式,约占80%,部分Cr(Ⅵ)被还原成Cr(Ⅲ),约占20%.③溶液中共存离子对六价铬吸附的影响不同,一价阴离子与Cu2+对Cr(Ⅵ)的吸附几乎没有影响,二价阴离子和Ni2+的存在却明显地影响了生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附.结论环境温度、溶液pH以及溶液中共存离子对铬的生物吸附有显著的影响.     

固定化Acidithiobacillus ferrooxidans对Fe2+氧化及其生物反应器研究进展

Acidithiobacillus ferrooxidans 对Fe2+的生物氧化是一个非常重要的反应过程, 在生物浸矿、H2S等废气的脱硫、含重金属污泥和酸性矿坑废水的处理等领域有着重要的应用。近些年来,大量的研究主要集中A. ferrooxidans及其反应过程等方面,然而,A. ferrooxidans对Fe2+的催化氧化速率缓慢和稳定性欠佳等问题仍然限制了其商业应用。因此,对A. ferrooxidans的固定化及其生物反应器研究是该技术进一步发展的关键。本文评述了A. ferrooxidans最新应用、存在的问题和解决办法,重点比较了目前文献中报道的各种A. ferrooxidans固定材料、方法,并对目前采用的各种固定化A. ferrooxidans生物反应系统的效率和结构等方面进行了讨论和分析。     

湿地林土壤的Fe2+,Eh及pH值的变化

通过在不同含水量 (田间持水量的 6 0 % :对照处理 ;田间持水量的 2 5 0 % :淹水处理 )和不同温度 (2 0℃ ,2 5℃ ,30℃ )条件下的室内培养 ,对江苏省里下河地区池杉湿地林土壤的二价铁离子 (Fe2 )浓度 ,氧化还原电位 (Eh)及 p H值进行了研究。结果表明 ,与对照处理相比 ,淹水土壤的 p H值和 Fe2 浓度明显提高 (P<0 .0 1) ,而 Eh值则明显降低 (P<0 .0 1)。在淹水条件下 ,高温处理的土壤 p H值和 Fe2 浓度明显高于低温处理土壤 (P<0 .0 1) ,Eh值则相反。研究表明 ,土壤 Eh值与 p H值之间存在着密切的 3次方程式关系 (P<0 .0 0 1)。就里下河地区湿地林土壤而言 ,Eh值下降至 2 0 0 m V以下时 ,才会有大量的铁元素被还原为Fe2 。     

花生下胚轴组织H~ 分泌与质膜氧化还原系统的某些特性

花生幼苗下胚轴细胞表面存在氧化NADH与还原Fe(CN)_6~(3-)的氧化还原系统(redox system),它的活性随反应介质pH的上升而增加,氧是该系统的天然电子受体,受DCCD抑制。在NADH与Fe(CN)_6~(3-)被氧化与还原的同时,组织的H~ 分泌明显受到促进,并随反应介质pH上升而增加。质膜H~ -ATPase专一抑制剂Na_3VO_4(0.1 mmol/L)对组织H~ 分泌抑制绝对量基本上不受介质pH的影响,表明质膜H~ -ATPase与redox system共同参与该组织的H~ 分泌,部分redox system支配的H~ 分泌是依赖氧的。